1、概述
自動噴淋滅火系統是一種在發生火災時,能自動打開噴頭噴水滅火并同時發出火災報警信號的消防滅火設施。與傳統的消火栓滅火系統相比,自動噴淋滅火系統具有自動噴水、自動報警和初期火災降溫等優點,因此能有效控制、撲滅初期火災。現已廣泛應用于建筑消防中。根據《自動噴水滅火系統設計規范》(GB50084-2001)第4.1.1條規定:自動噴水滅火系統應在人員密集、不易疏散、外部增援滅火與就生較困難的性質重要或火災危險性較大的場所中設置。《高層民用建筑設計防火規范》(GB50045-95)第7.6.1條、7.6.2條、7.6.3條、7.6.4條中也明確指出自動噴淋滅火系統設置的場所,尤其是高層建筑和火災隱患較大的建筑。自動噴淋滅火系統的可靠性已經過了時間的檢驗。然而,隨著社會的飛速發展,火災的安全隱患不斷加大,因此對自動噴淋滅火系統的要求也會隨之提高。
2、自動噴淋滅火系統存在問題
自動噴淋滅火系統的可靠性已毋庸置疑,然而在設計施工和運行維護中出現的問題卻影響到滅火的效果。例如在設計時,噴頭布置不當或者在日后的使用中重新劃分防火分區而導致噴頭作用面積不足,出現噴水盲點；在施工過程中油漆、涂料等附著在噴頭熱敏元件上,延遲噴頭響應時間；噴淋體統管網缺少減壓裝置,導致管道壓力過大,管道破裂漏水留下水漬；屋頂水箱直接連接到噴淋系統管網而沒有經過報警閥等。種種問題影響到自動噴淋滅火系統控火、滅火的可靠性和系統運行的穩定性,其中zui為嚴重的就是噴頭作用面積不足而存在的噴水盲點。因此探索測試自動噴淋滅火系統性能的方法,找出噴頭保護不到的區域就顯得尤為重要。
3、測試自動噴淋滅火系統性能的方法
理論與實驗相結合,測試噴頭的保護面積,消除噴頭保護區域的盲點,提高自動噴淋系統的可靠性在實際應用上具有很大的意義。
國內外針對噴頭噴水強度在空間上的分布已有過專門的研究。例如中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室做過的噴淋液滴運動軌跡及有效控制半徑的理論模型研究。研究通過對單個液滴水平和豎直方向上的速度建立數學模型,分析得出初始噴射角、初始速度和粒徑是決定噴頭保護面積的決定性因素。美國伊利諾州西北大學應用粒子成像測速法(PIV)測量噴頭附近液滴運行速度,得到幾個典型噴頭在不同角度和不同方位情況下的速度分布。相比較已經得出的偏于理論的研究成果,如果可以建立一套簡單的實驗裝置直觀的反映出單個噴頭噴水液滴在空間的強度分布情況,并以此裝置為基礎得出整個噴淋系統噴水強度分布情況,就可以確定自動噴淋系統的噴水性能,找到噴頭作用面積保護不到的地方。這對自動噴淋系統的發展有著十分重要的作用。
建立一套實驗裝置,以測定噴頭噴水量在作用面積上的噴水強度與噴頭出流量、出流壓力、作用高度和噴水半徑關系來更好的確定自動噴淋系統的噴頭布置為實驗目的。以流量作為主要變量,因流量分布直接影響到自動噴淋系統的控火、滅火效果。以單個標準噴頭為主要研究對象,從單個噴頭得到的結論拓展研究兩個、多個噴頭共同作用下的噴水強度分布情況,以期結合計算機分析應用于工程甚至在線監測系統,測試任意自動噴淋滅火系統是否可以達到滅火要求。
實驗通過水泵將水提升至實驗室屋頂水箱,之后自流供水經壓力調節閥、蝶閥、壓力表和流量計至固定在支架上的標準噴頭。通過噴頭前設置的閥門控制噴頭出流水量、水壓,通過流量計、壓力表測出水量、水壓。另外,通過改變支架活動橫桿的位置來調節噴頭距離地面高度。這樣就可以做到在確定水量、水壓、高度三個變量中任意兩個變量的情況下,噴水強度和單一變量之間的關系。在噴頭噴水覆蓋面積內放置一定數量的燒杯(配量筒),噴水強度的測試由在噴頭作用面積內安裝的固定燒杯(配量筒)直觀得出結果。在作用面積上設置積水坑,收集噴灑下來的水,通過水泵再次提升至屋頂水箱實現水的循環使用。分析實驗數據,在坐標紙上描出噴水強度與水量、水壓、高度等變量的曲線,從而利用高等數學的知識分析數據得到噴水強度與變量的方程。實驗中主要調節的變量為,噴頭出水流量Q、噴頭出水壓力P和噴頭距地面作用高度H。采用單變量法,改變任一變量數值,固定其他變量,分別測量噴頭保護面積的半徑R及保護面積內各點噴水強度qr具體步驟如下。
(1)固定噴頭出水流量Q和噴頭出水壓力P,移動固定噴頭的支架橫桿調節噴頭作用高度H,讀取壓力表和流量計讀數,測量噴頭作用高度與噴頭保護面積半徑R及保護面積內各點噴水強度qr。
(2)固定噴頭作用高度H和噴頭出水流量Q,調節蝶閥改變噴頭出水壓力P,讀取壓力表和流量計讀數,測量噴頭作用高度與噴頭保護面積半徑R及保護面積內各點噴水強度qr。
(3)固定噴頭作用高度H和噴頭出水壓力P,調節蝶閥改變噴頭出水流量Q,讀取壓力表和流量計讀數,測量噴頭作用高度與噴頭保護面積半徑R及保護面積內各點噴水強度qr。
具體實驗裝置如圖1。

圖1 實驗裝置
通過對單一標準噴頭的實驗,得到噴水強度與噴水水量、噴水水壓和噴頭作用高度的關系,應用數學模型算出噴頭的保護面積,從而得到影響自動噴淋系統保護面積的因素。以本實驗為基礎,找出多個噴頭共同作用下影響噴頭噴水強度的因素,測試自動噴淋滅火系統的性能,在今后的自動噴淋滅火系統的發展中無疑有著十分廣闊的空間。
4、本實驗對于自動噴淋滅火系統的發展前景
自動噴淋滅火系統因其可靠的性能在當今得到廣泛的應用。然而,由于設計施工和運行維護中存在的問題卻使自動噴淋滅火系統的性能不能得到zui為有效地發揮。以單一標準噴頭的實驗為基礎,拓展到由多個噴頭互相作用組成的自動噴淋滅火系統,找到噴水強度的分布規律和影響噴頭噴水強度的因素,就可以確定噴淋系統中的噴水強度保護的zui大面積是否達到建筑的防火要求。
以此種理論模型為依托,可以設計一種儀器應用于工程。便攜的儀器作為客戶端可以輸入噴頭的水量水壓以及作用高度這些簡單的數據。數據經客戶端傳輸到錄入了噴頭保護面積與變量關系的數學模型的計算機終端上進行分析。分析得到噴頭作用面積返回至客戶端,由客戶端判斷自動噴淋滅火系統的噴頭布置是否達到建筑的防火要求。這樣可以避免因設計或者施工中存在的問題而影響到自動噴淋滅火系統的可靠性,并對其經行實時的在線監測。總之,自動噴淋滅火系統有著很大的發展空間需要我們來不斷地探索和發掘。